基于信用的区块链共识算法对比研究

基于信用的共识算法在共识效率和安全性上具有显著优势,成为近年来学术界和产业界广泛关注的热点。对当前信用共识算法进行对比分析,为研究者们深入研究提供参考。首先对当前的信用共识算法进行系统梳理,给出了其发展历程、分类和核心工作原理,总结了其信用计算模型和性能评价指标。其次对信用共识算法进行了定性和定量的比较分析,指出了各类信用共识算法的优缺点。最后,针对目前信用共识算法中存在的信用激励不够和与共识过程融合度不高的问题,提出了从基于博弈论的信用激励和设计高效的通信拓扑两个方面进行优化,给出了未来的研究方向。     

区块链共识算法Raft研究

共识算法作为区块链技术的关键要素和核心组件,是近年来分布式系统技术发展前沿热点.随着比特币和区块链技术快速发展,新的共识算法不断被提出,改进的算法不断被验证.粗略统计,当前有正式名称的共识算法超过50种.文章首先系统地阐述和讨论了当前区块链技术中多种共识算法的分类和优缺点,然后详细论述了分布式一致性算法及共识领域里程碑...     

区块链共识算法研究综述

共识算法是区块链系统维护数据一致性的核心机制.本文深入调研并分析了具有代表性的共识算法及其演化历程;基于共识过程提出共识算法的分类模型,并对各类型中代表性的共识算法进行详细分析;最后从去中心化、可扩展性、安全性、一致性、可用性、分区容忍性六个方面建立了一套共识算法的评价指标体系,并对代表性的共识算法进行对比分析,给出各...     

基于云计算的物流区块链共识算法研究

为解决物流企业供应链的商流、物流、资金流、信息流、服务流等信息的不可篡改性、物品可溯源性、公证防伪不可抵赖性、资金的安全性等日益迫切的问题,提出了基于云计算的物流区块链模型及区块链共识算法。分析传统物流交易流程及其交易模型存在的问题,提出利用云计算与区块链解决其存在不足的思路;根据云计算与区块链的技术特点,融合各自的优势,给出物流区块链和云物流区块链的定义,提出基于云计算的物流区块链模型。根据实用拜占庭共识算法的基本原理和云物流区块链模型,结合去中心化和不可抵赖性的要求,对物流区块链共识算法进行设计,并与原始实用拜占庭共识算法、优化MinBFT算法进行分析比较。该算法与PBFT、MinBFT、CloudPBFT等算法进行对比实验,实验结果表明该算法在节点大于3f+1时,节点越多,吞吐量越大,其吞吐量以及网络延迟时间皆优于PBFT、MinBFT、CloudPBFT等算法。因此,该算法是一种可靠而有效的,具有去中心化和不可抵赖性的物流区块链共识算法。     

区块链共识算法研究与趋势分析

在区块链系统中,共识算法具有重要作用。它不仅协助节点保持数据一致,同时还对代币发行、攻击防范具有一定功能。从2009年第一个区块链系统诞生至今,随着区块链技术的成熟,区块链共识算法也在不断发展与完善,到如今已演变出多种分支。本文将从拜占庭问题以及比特币工作量证明机制为切入点,从安全、性能等角度分析主流共识算法 (如PoW、PoS、DPoS) 的优劣特点,然后以几种特殊算法为代表,梳理共识算法研究现状。最后,本文基于上述分析,对对区块链共识算法的发展前景进行展望。     

区块链共识算法演进过程

基于比特币技术衍生出了大量虚拟货币,其主要特点是对于比特币共识算法的优化和共识算法模式的变革。为研究共识算法演化历程,以比特币共识机制作为切入点,从源代码层级解析了比特币共识算法工作量证明（proof of work,POW）的工作原理及其优缺点,同时分析了比特币演进产生的以太坊共识算法。在理论探讨后,利用洛伦兹曲线及基尼系数评价比特币、以太坊共识机制的实际去中心化效果;并介绍了权益证明（proof of stake,POS）、股份授权证明机制（delegated proof of stake,DPOS）、实用拜占庭容错算法（practical Byzantine fault tolerance,PBFT）的演进过程及算法原理。最后,从共识算法去中心化能力、激励机制、处理效率、分布式安全性等方面进行了比较,得到了共识算法得分表及得分雷达图,以期为未来不同场景、不同需求的区块链应用提供共识算法分析标准。     

区块链共识算法的比较研究

区块链是一种去掉中心管理结构的通过分布式的节点运行的公共数据库。区块链是从2008年提出,经过多年的发展,近些年来收到社会的特别关注。区块链的项目较多,例如以太坊、Fabric、莱特币和比特币等等。其中热度最高的就是比特币。比特币是区块链最本质和最原始的应用。区块链的共识算法,可以保证区块链中的节点参与共识过程的有效性。本文梳理了各种区块链共识算法(如POW、POS、DPOS和PBFT)的思想,分析各类算法的优点和缺点~([1])。     

基于区块链的隐私保护可信联邦学习模型

共识机制是区块链技术的重要组成部分,但是主流的共识机制尤其是工作量证明共识机制都存在算力过度耗费和吞吐量低等问题. 而联邦学习作为一种分布式机器学习方法,学习模型的本地训练和最终的参与方贡献度计算都需要消耗大量算力资源. 因此,提出了一种支持自适应联邦学习任务的可信公平区块链框架TFchain,探索如何利用原本共识机制中耗费的大量算力来提高联邦学习的效率. 首先,设计了基于区块链和联邦学习的全新共识机制PoTF（proof of trust and fair）,该共识机制将区块链的节点设置为联邦学习的参与方,将原本共识机制中用于哈希计算的大量无效算力转移到联邦学习中,进行本地模型的训练和参与方贡献度的评估;其次,在提高区块链交易吞吐量的同时,对联邦学习的参与方进行了合理的贡献度评估和激励;最后,设计了防止节点作恶的算法. 实验结果表明,提出的TFchain能够在回收算力的同时有效提升区块链的交易处理性能,对积极参与联邦学习的参与方进行有效正向的激励.

     

适用于海量数据处理的高吞吐量联盟链共识算法DMDR

区块链技术能够有效解决物联网场景下数据的可信共享问题,但主流共识算法往往存在较大延迟,难以处理多源异构的海量数据。针对此问题,提出一种动态多区块双轮次共识算法(DMDR)。该算法将交易验证和打包两个环节拆分,以交易提前处理和区块延后生成的方式使普通节点可利用共识等待时间处理交易,于单次共识内生成多个区块,提高数据处理效率。该算法将网络中的节点划分为多个集群,采用各集群与系统整体双轮次共识的方式减少通信开销,并基于集群内点的相互印证确保共识结果的准确性。仿真实验表明该算法的吞吐量优于PoW与PBFT,且在较小网络延迟中仍具有较可观的交易吞吐量。     

检测型的联盟区块链共识算法d-PBFT

联盟区块链通常都会采用严格的身份准入机制,但然而该机制不能完全保证联盟网络中不会混入拜占庭恶意节点,也不能担保现有的联盟成员节点一定不会被第三方敌手劫持利用.针对这类问题,提出了一种能够监控节点状态的检测型实用拜占庭容错(d-PBFT)共识算法.首先,选举主节点并校验主节点的其状态,以保证选举出来的主节点从未有过作恶历...     

面向解决民航虚占座位的改进PoA共识机制区块链系统研究

为了解决航空机票销售过程中某些机票代理商或旅客恶意“虚占座位”的问题,提出了一种基于改进PoA (proof of authority,权威证明) 共识机制的区块链系统方案。该方案使用联盟区块链作为各航空公司之间的沟通平台;采用信用积分、动态分级,形成新的PoA共识机制;使用哈希算法保护旅客的隐私信息;依靠智能合约实现航空公司数字身份信息的存储、旅客身份注册、旅客订票信息的存储和共享。原型系统试运行表明：该系统可以及时发现并有效制止“虚占座位”行为。经分析评估得出,该方案具有保护隐私、去中心化、高安全性的特点,为解决民航领域存在已久的“虚占座位”问题提供了新的借鉴思路。     

基于动态信任的区块链激励共识机制研究

针对实用拜占庭容错(PBFT)共识机制中主节点可能出错导致大量通信资源浪费的问题,提出一种基于信任动态激励的共识机制优化方案ITPBFT(incentive trust-PBFT).利用信任评价模型对系统内节点的共识行为进行评价,添加动态激励机制,引入节点等级机制,选取信任度高的节点作为主节点.通过对优化方案进行仿真实验和分析,验证了该机制可以有效提高共识机制的容错能力、降低共识的时间、提高系统的吞吐量并提高网络波动时的稳定性和可恢复性.该优化机制可有效提高共识的效率,避免通信资源的浪费.     

基于区块链的云数据审计方案

云存储凭借高扩展性、高可靠性、低成本的数据管理优点得到用户青睐。然而,如何确保云数据完整性成为亟待解决的安全挑战。目前的云数据完整性审计方案,绝大部分是基于半可信第三方来提供公共审计服务,它们存在单点失效、性能瓶颈以及泄露用户隐私等问题。针对这些缺点提出了基于区块链的审计模型。该模型采用分布式网络、共识算法建立一个去中心化、易扩展的网络解决单点失效问题和计算力瓶颈,利用区块链技术和共识算法加密用户数据保证数据不可窜改和伪造,确保了用户数据的隐私。实验结果表明,与基于半可信第三方云数据审计方案相比,该模型能够保护用户隐私,显著提高了审计效率,减少通信开销。     

基于Raft分组的实用拜占庭共识算法

针对现有应用于联盟链的拜占庭容错共识机制可扩展性不足、难以支持大规模网络节点下高效安全共识等问题,采用节点分组策略,提出一种基于Raft聚类分组的实用拜占庭容错共识算法H-PBFT。首先使用混合蛙跳算法结合K-medoids聚类分组策略,将系统中节点聚类形成多个分组;参与主共识集群PBFT共识的节点均为各分组聚类中心节点,各聚类小组内则使用引入监督节点改进的Raft算法进行共识;组内共识机制监督节点的引入使Raft算法具有抗拜占庭的能力。实验研究结果表明,在大规模网络节点环境下,相比于PBFT和Raft,H-PBFT算法提高了容错性能,同时还能够快速高效对节点聚类分组,提高共识效率,降低共识通信开销与复杂度,具有较优的可扩展性,能够更好的在联盟链场景中应用。